Ветеринарные нанотехнологии

Скачать

ВЕТЕРИНАРНЫЕ  НАНОТЕХНОЛОГИИ  -  РЕАЛЬНОСТЬ ИЛИ ЭКЗОТИКА?

 Ю.В.Соколов, к.фарм.н., начальник научного отдела ООО «АТ Биофарм», Харьков

 УДК  619:615.3:620.3

 Освещены проблемы производства и практического применения нанопрепаратов в ветеринарии, показаны возможные области их применения. Кратко описаны современные технологии производства липосомальных и ниосомальных препаратов, их преимущества и недостатки, рассмотрена возможность их внедрения в промышленное производство.

  Технологии наночастиц   могут изменить ландшафт фармацевтической индустрии и революционизировать процесс разработки лекарственных средств (ЛС) в ближайшие десятилетия. Благодаря  своим уникальным физико-химическим свойствам, наночастицы перспективны для целевой доставки широкого спектра молекул в нужные ткани организма. Технологии наночастиц могут повышать терапевтический индекс лекарств путем повышения их эффективности и/или улучшения их переносимости организмом. Наночастицы также могут повышать биодоступность водонерастворимых лекарств, защищать действующие вещества от физиологических факторов, а также позволяют разрабатывать новые классы биологически активных макромолекул (например, ДНК).

         Большая часть нанотехнологических продуктов 1-го поколения, прошедших клинические испытания, представлена липосомальными препаратами и конъюгатами «полимер-лекарство», которые сравнительно просты в приготовлении и в большинстве случаев неспособны к целевой доставке лекарственных средств или контролируемому высвобождению активных компонентов.

         За последние десятилетия для терапевтических целей было разработано несколько различных нанотехнологических платформ. Эти платформы были разработаны для улучшения фармакологических свойств и терапевтического индекса большого количества веществ.

         В данной статье мы рассмотрим наиболее изученные и распостраненные на сегодняшний день типы наночастиц — липосомы и ниосомы, их преимущества и недостатки, методы производства.

         Липосомы представляют собой искусственные одно- или многокамерные емкости (везикулы), образованные двуслойными мембранными структурами, состоящими из природных или синтетических амфифильных липидных молекул (рис.1). Как носители лекаственных веществ, липосомы имеют несколько уникальных свойств : безопасность, длительное время циркуляции в организме, легкость поверхностной модификации [1].

 Ниосомы также представляют собой искусственные одно- или многокамерные емкости (везикулы), образованные двуслойными мембранными структурами, но, в отличие от липосом, они образованы из неионогенных сурфактантов. Ниосомы широко изучаются как альтернатива липосомам.  В зависимости от используемых типов сурфактантов ниосомы способны захватывать и удерживать как липофильные, так и гидрофильные вещества [2].

Рис.1

 

Ниосомы главным образом состоят из двух типов компонентов — неионогенных ПАВ и вспомогательных веществ (ВВ). ПАВ образуют везикулярный бислой, а добавки придают бислою необходимые физико-химические свойства.

Например, добавление холестерола увеличивает прочность бислоя и влияет на его текучесть и проницаемость. Это позволяет защитить молекулы лекарства от разрушения или инактивации.

         В последние годы ниосомы интенсивно изучаются как потенциальные системы доставки лекарств (СДЛ), антигенов, гормонов и других биологически активных агентов. Кроме того, ниосомы помогают решать проблемы, связанные с нестабильностью, нерастворимостью и быстрым разложением лекарств.

 

ПРЕИМУЩЕСТВА  НИОСОМ

          Ниосомы как СДЛ имеют следующие преимущества:

-  лучше переносятся организмом и обеспечивают больший терапевтический эффект, чем традиционные  композиции;

-  могут быть использованы для доставки широкого спектра лекарств благодаря способности удерживать гидро-, липо- и амфифильные вещества;

-  обеспечивают контролируемое и длительное высвобождение ЛС за счет образования депо;

- как правило, обеспечивают большую биодоступность, чем известные лекарственные формы [3];

-  могут быть использованы для целевой доставки ЛС в органы и ткани;

-  более стабильны, чем липосомы;

- способны повышать проникновение ЛС через кожу;

- могут использоваться для различных путей введения — парентерально, перорально, трансдермально и др.;

- биосовместимы, усваиваются организмом и не обладают иммуногенными свойствами;

-  удобны в  хранении и транспортировке;

- защищают ЛС от ферментов организма и таким образом повышают их стабильность.

 

ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ЛИПОСОМ И НИОСОМ

1) Одинаковая функциональность.

2)  Могут использоваться для целевой и пролонгированной доставки ЛС.

3) Свойства липосом и ниосом зависят от их состава и метода получения.

4)  Повышают биодоступность ЛС.

 

 ОТЛИЧИЯ ЛИПОСОМ И НИОСОМ 

Табл.1

Липосомы

Ниосомы

Низкое соотношение «цена/эффективность»

Высокое соотношение «цена/эффективность»

Фосфолипиды подвержены окислению

Неионогенные ПАВ не окисляются

Требуют специальных методов  очистки и хранения

Специальные методы не требуются

Фосфолипиды могут быть заряжены или нейтральны

Неионогенные ПАВ не заряжены

 

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИПОСОМ И НИОСОМ

1. Повышение стабильности ЛС, улучшение их физико-химических свойств (повышение пероральной биодоступности, повышение стабильности ЛС белковой природы, устранение/изменение вкуса и/или запаха, улучшение трансдермального проникновения ЛС, повышение противовоспалительной активности ЛС).

2. Контролируемое высвобождение ЛС (пролонгация действия активных компонентов).

3. Направленный транспорт ЛС в органы и ткани.

 

МЕТОДЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НИОСОМ

         І. Метод впрыскивания летучего растворителя

         Раствор вещества и ПАВ в легколетучем растворителе (например, в эфире) впрыскивается в водную фазу, предварительно нагретую до 60С, с помощью специальной иглы. Испарение летучего растворителя приводит к образованию униламеллярных (однокамерных) везикул, размер которых зависит от природы растворителя и условий технологического процесса. Для термолабильных веществ в качестве растворителей могут использоваться фторпроизводные алканов, т. к. они имеют очень низкие температуры кипения.

         ІІ. Метод липидной пленки

         ПАВ и ВВ растворяются в летучем растворителе (эфир, хлороформ, бензол и т. п.) Растворитель удаляется из системы в круглодонной колбе с помощью роторного испарителя, и на стенках колбы остается тонкий слой смеси ПАВ и вспомогательных компонентов. Этот слой регидратируют (смачивают) с помощью водного раствора ЛС, в результате чего образуются везикулы с включенным в них веществом.

         ІІІ. Метод обработки ультразвуком

         Смесь ПАВ и ВВ диспергируют в водной фазе. Эту дисперсию облучают ультразвуком в течение 10 минут при 60С, что приводит к образованию мультиламеллярных везикул (МЛВ). Полученные МЛВ облучают далее, в результате образуются униламеллярные везикулы.

         IV. Трансмембранный градиент рН

         Согласно этому методу, сначала получают «пустые» ниосомы с рН внутренней среды ниже, чем в окружающем растворе. Введенное в раствор ЛС основной природы проходит через мембрану везикул и ионизуется во внутренней кислой среде. Ионизованная форма не может покинуть везикулу. Пониженный рН внутри частиц действует как ловушка для молекул ЛС.

         V. Метод экструзии

         Данный метод очень похож на метод липидной пленки с тем отличием, что приготовленная дисперсия продавливается под повышенным давлением через поликарбонатную мембрану с диаметром пор около 100 нм. Дисперсию подвергают этой процедуре до 8 раз (циклов), в результате чего образуются частицы одинаковой формы  с небольшим разбросом в диаметре.

         VI. Метод микрофлюидизации

         Данный метод представляет собой дальнейшее развитие метода экструзии. Вместо поликарбонатной мембраны здесь используют специальные аппараты — микрофлюидайзеры, в которых  происходит взаимодействие двух потоков веществ (ЛС и ПАВ) при сверхвысоких ускорениях. Метод микрофлюидизации обеспечивает получение однородных везикул малых размеров.

         VII. Метод испарения обратной фазы

         К раствору ВВ и ПАВ в летучем растворителе (например, в смеси эфир:хлороформ) добавляют водный раствор ЛС и облучают ультразвуком. К полученному раствору добавляют фосфатный буфер до образования геля. После этого температуру повышают до 40С и понижают давление. При этом создаются условия для полного удаления летучего растворителя. Далее вновь добавляют фосфатный буфер и нагревают до 60С, что приводит к образованию ниосом.

         VIII. Пролипосомы (прониосомы)

         Одним из перспективных способов получения липосом является получение липосом из пролипосом. Пролипосомы - это смесь компонентов, которая при разбавлении водой дает липосомы без дополнительной обработки ультразвуком, экструзией и т.д. Пролипосомы могут быть как жидкими (липосомы из них получают при разбавлении водой или соответствующим буферным раствором) [4] так и твердыми, обычно в этом случае как вспомогательное вещество применяют сорбит (липидный слой на порошок сорбита наносится выпариванием из раствора липидов органического растворителя) [5].

 

 ВЫВОДЫ

         Наночастицы представляют собой эффективный подход в создании новейших систем доставки лекарственных средств. Липосомы и ниосомы могут быть приготовлены различными методами с использованием различных вспомогательных веществ, что позволяет включить в них широкий спектр ЛС различной природы.  Ниосомы имеют ряд преимуществ  как перед традиционными лекарственными формами, так и перед липосомами, что дает возможность их широкого внедрения в мировое фармацевтическое и ветеринарное производство уже в ближайшие годы.

         При этом масштабное внедрение данных технологий в производство встречает на своем пути определенные трудности, главным образом технологического характера.

         Для реализации некоторых технологий приготовления наночастиц требуется  широкое использование летучих растворителей, которые  дороги, токсичны и пожароопасны. Кроме того, необходимы  схемы утилизации либо повторного использования таких растворителей. Технологии, не использующие летучие растворители, предполагают использование специального дорогостоящего оборудования. На наш взгляд, наиболее перспективной является технология жидких пролипосом (прониосом), т. к. она не требует специального оборудования, позволяет производить нанопрепараты в больших объемах, при этом получаемые субстанции отличаются большей стабильностью при хранении.

         На сегодняшний день разработка и внедрение нанопрепаратов — это наукоемкий процесс,  требующий серьезных капиталовложений, однако, благодаря сочетанию уникальных характеристик и преимуществ наночастиц,  они полностью себя оправдают.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Mozafari M. Nanoliposomes and Their Applications in Food Nanotechnology // Journal of Liposome Research, 18:309–327, 2008.

2. Rajera R. Niosomes: A Controlled and Novel Drug Delivery System // Biol. Pharm. Bull. 34(7) 945—953 (2011).

3. Degim Z. The use of liposomal enrofloxacin for intracellular infections in Kangal dogs and visualization of phagocytosis of liposomes // J Biomed Mater Res. 2002 Aug;61(2):246-51.

4.  М.А.Schubert, C.C.Muller-Goymann. Solvent injection as a new approach for manufacturing lipid nanoparticles - evaluation of the method and process parameters.// Eur. J. Pharm. Biopharm., 2003, V.55, P.125-131.

5.  К.-Н. Song, S.-J. Chung, С.-К. Shim. Preparation and evaluation of proliposomes containing salmon calcitonin.// J.Cont. Rel., 2002, V.84, P.27-37.

 

Ветеринарні нанотехнології — реальність або екзотика? Ю.В.Соколов

Освітлені проблеми виробництва і практичного застосування нанопрепаратів в ветеринарії, окреслені можливі області їх застосування. Стисло описані сучасні технології виробництва ліпосомальних і ніосомальних препаратів, їх переваги та недоліки, розглянуто можливість їхнього впровадження в промислове виробництво.

 

Veterinary nanotechnologies – exotic or reality? Yu.V.Sokolov

The problems of production and practical application of nanomedicines in veterinary medicine are highlighted, the possible areas of their application are described. Briefly described the modern manufacturing technologies of liposomal and niosomal drugs, their advantages and disadvantages, the possibility of their application in industrial production is considered.

Все статьи »
Свежие статьи